Rispondere al cambiamento climatico con tecnologie 4.0, specializzate e sostenibili è possibile. Specialmente se si impiegano in modo sinergico per una conduzione del frutteto che sia smart a 360 gradi: dalla gestione fisiologica-produttiva della pianta alla difesa fitosanitaria, fino all'irrigazione. Il tutto con l’obiettivo di generare benefici ambientali, progressi tecnici ed economici.
La frutticoltura 4.0 è una realtà e il frutteto dimostratore nell'azienda sperimentale del Dipartimento di Scienze e Tecnolgie Agro-Alimentari (Distal) dell'Università di Bologna ne è la prova. Si tratta di un frutteto “Demo Site” (un meleto, per l'esattezza) in cui sono state adottate tutte le innovazioni tecnologiche proposte dal “S3O-Smart, Specialized, Sustainable Orchard” un progetto finanziato dal programma POR FESR Emilia-Romagna 2014/2020.
Gli obiettivi specifici, per aumentare la sostenibilità nella filiera frutticola regionale, sono:
- Riduzione delle emissioni di CO2: plastiche fotovoltaiche (PFV) integrate con la copertura antigrandine/antipioggia forniscono elettricità che alimenta un veicolo operatore elettrico a guida autonoma; l’elettricità alimenta anche l’impianto irriguo e di trattamento fitosanitario e i sensori presenti nel frutteto.
- Riduzione del 50% del volume di irrigazione: le PFV riducono la luce nel frutteto, permettendo di ridurre del 50% i volumi irrigui, grazie a un impianto di irrigazione evoluto, gestito in base alle reali necessità misurate da nuovi sensori, testando una versione del Dss Irriframe opportunamente modificata.
- Riduzione uso di pesticidi: il sistema integra reti antinsetto (sistema “monoblocco”) contro Halyomorpha halys e Carpocapsa con le PFV, che funge anche da copertura antipioggia, limitando l’inoculo di avversità fungine. Si installerà un sistema “statico” di distribuzione dei prodotti fitosanitari che riduce a sua volta le quantità utilizzate.
- Risparmio/riduzione spreco risorse: una gestione precisa e intelligente è stata ottenuta grazie alla sinergie di
- tutte le applicazioni descritte,
- ai nuovi sensori e
- ad approcci Big Data/Cloud che nell’insieme vengono guidate in un’ottica di “Precision Agriculture” volta a rendere più efficiente e sostenibile la produzione frutticola nell’intero complesso.
Un frutteto 100% elettrico
È stata sviluppata una stazione di produzione di energia ottimizzata per l’installazione in ambito agrario. L'energia rinnovabile prodotta localmente viene utilizzata per lo svolgimento delle principali operazioni di coltivazione richieste nel frutteto:
- lavorazione del terreno,
- irrorazione,
- irrigazione,
- monitoraggio.
La stazione è costituita da tre sistemi:
- un sistema di produzione fotovoltaico modulare,
- uno di accumulo energetico locale in batteria,
- uno di accoppiamento all'utilizzatore principale costituito dal veicolo automatico (rover).
Il rover
Si tratta di un mezzo agricolo automatico ed elettrico, perfettamente integrato con il sistema frutteto e in grado si svolgere le principali operazioni di coltivazione in completa autonomia.
Il consumo energetico del mezzo è totalmente compatibile con la produzione in loco di energia. Infatti, con 20 m2 di pannelli fotovoltaici si ottengono 20 kWh che consentono di ricaricare il rover per due volte.
Il mezzo si accoppia autonomamente alla stazione energetica per il prelievo di energia. Non è richiesto il collegamento alla rete elettrica.
Le caratteristiche del rover sono:
- cingolato;
- plug&play implements: trincia e atomizzatore;
- batteria 12 kW (potenziabile a 24 kW);
- peso: 550 kg senza payload, 660 kg con trincia, 900 kg con atomizzatore;
- autonomia: 9h in piano (-5h in pendenza del 20%);
- velocità: 6km/h;
- navigazione in row GPS-denied, open filed (via-waypoints);
- sistema di rilevamento ostacoli e riconoscimento inizio-fine filare;
- sistemi di data harvesting: telecamere, multispettrale, Lidar.
Gli impatti sui consumi e sulla produzione
In climi come il nostro, le piante sono sottoposte a stress da eccesso di luce che, oltre a generare danni fotosintetici, con conseguenze sulla produzione, porta a un aumento del fabbisogno idrico. È stato dimostrato però che le tecniche integrate di S3O possono ridurre l'irraggiamento e il 50% dei consumi irrigui del meleto senza condizionare le performance fisiologiche e produttive delle piante.
Ridurre del 50% i consumi di acqua nel frutteto S3O
La necessità di applicazione di sistemi di difesa (da grandine, irraggiamento, agenti biotici come Carpocapsa, Drosophila suzuki e Halyomorpha halys) ha permesso di applicare coperture che, in maniera congiunta, hanno al contempo contribuito alla produzione di energia e alla riduzione delle esigenze irrigue colturali.
Attraverso l’installazione di coperture che integrano la tradizionale antigrandine, con funzionalità aggiuntive antipioggia e di riduzione della radiazione incidente è stato possibile ridurre le esigenze irrigue delle colture del 50%. L’utilizzo di plastiche fotovoltaiche ha poi permesso la produzione di energia elettrica, utilizzata per alimentare i sistemi di gestione del frutteto, quali centraline, sensori, IOT, pompe per l’irrigazione e per l’applicazione dei trattamenti fitosanitari, l’alimentazione di rover e droni e l’apertura e chiusura delle reti antinsetto.
Per l’irrigazione sono stati messi a punto dei protocolli di comunicazione IOT per tutta la sensoristica utile alla misura delle variabili che regolano il bilancio idrico di Irriframe.
Sono state installate due stazioni agrometeorologiche, una posta sotto rete antigrandine e una posta sotto rete ombreggiante. Tali stazioni sono state dotate di sensoristica utile alla misura delle variabili agro-climatiche che regolano i processi evapotraspirativi e dotate di sistema di acquisizione e trasferimento dati e sono state interfacciate al server del DSS Irriframe per la creazione di bilanci idrici facenti capo alle effettive condizioni microclimatiche delle colture.
Le stazioni sono state integrate con sensori per la misura dell’umidità del suolo, predisposti per la connettività a un gateway centrale che giornalmente, interfacciato anch’esso con il server del DSS Irriframe, ha permesso di monitorare lo stato idrico del suolo e l’efficacia degli interventi irrigui. Ciò ha permesso di applicare una gestione dell’irrigazione basata sui reali consumi colturali, effettuando un constante monitoraggio sui consumi idrici e sull’effettiva disponibilità idrica nel suolo.
In particolare si è osservata una riduzione della radiazione solare incidente (-24% sotto rete antigrandine, -46% sotto rete ombreggiante, con una differenza del -27% sotto ombreggiante rispetto alla rete antigrandine), una riduzione dell'evapotraspirazione di riferimento (-29% sotto antigrandine, -45% sotto ombreggiante, -24% sotto ombreggiante rispetto ad antigrandine) e le seguenti restituzioni irrigue.
Tabella 1 - Restituzioni irrigue in Gala e Pink Lady
| Anni | Cultivar | Restituzioni teoriche |
Volumi irrigui (mm) |
Piogge (mm) |
% restituzioni reali |
| 2020 | Gala | ANTIG 100% | 164 | 210 (ciclo* 135 gg) |
100% |
| ANTIG 80% | 129 | 78,70% | |||
| OMBR 80% | 129 | 78,70% | |||
| OMBR 50% | 85 | 51,80% | |||
| Rosy Glow | ANTIG 100% | 215 | 335 (ciclo* 222 gg) |
100% | |
| ANTIG 80% | 169,5 | 78,80% | |||
| OMBR 80% | 169,5 | 78,80% | |||
| OMBR 50% | 111 | 51,60% | |||
| 2021 | Gala | ANTIG 100% | 267,6 | 113 (ciclo* 142 gg) |
100% |
| ANTIG 70% | 187,3 | 70% | |||
| OMBR 70% | 187,3 | 70% | |||
| OMBR 50% | 134,1 | 50% | |||
| Rosy Glow | ANTIG 100% | 377,5 | 218 (ciclo* 224 gg) |
100% | |
| ANTIG 70% | 264,2 | 70% | |||
| OMBR 70% | 264,2 | 70% | |||
| OMBR 50% | 189,2 | 50% |
Performance produttiva
Questi risultati non hanno influito sulle performance fisiologiche delle piante che, sotto le reti monoblocco, hanno mantenuto uno stato idrico e una attività fotosintetica soddisfacente. Dal punto di vista qualitativo, si è osservato un aumento del peso dei frutti e un leggero aumento dei °Brix.
Tabella 2 - Qualità dei frutti Gala e Pink Lady (confronto tra piante sotto reti Antigrandine e Monoblocco diversamente irrigate)
| Qualità Gala | ||||
| Peso frutto comm. (g) |
Prod. stimata (t ha-1) |
SSC (°Brix) |
Durezza polpa (kg cm-2) |
|
| 2020 | ||||
| A100 | 166 d | 37 | 11,16 c | 8,49 a |
| A70 | 170 c | 37 | 11,59 b | 8,68 a |
| M70 | 185 a | 29 | 11,88 ab | 8,66 a |
| M50 | 181 b | 37 | 12,15 a | 8,58 a |
| 2021 | ||||
| A100 | 158 b | 26 | 11,05 a | 9,73 b |
| A70 | 159 b | 27 | 11,04 a | 10,08 a |
| M70 | 174 a | 39 | 10,78 a | 9,46 b |
| M50 | 172 a | 40 | 10,95 a | 9,52 b |
| Qualità Pink Lady | ||||
| Peso frutto comm. (g) |
Prod. stimata (t ha-1) |
SSC (°Brix) |
Durezza polpa (kg cm-2) |
|
| 2020 | ||||
| A100 | 185 b | 43 | 14,14 c | 8,76 b |
| A70 | 185 b | 41 | 14,31 bc | 8,79 b |
| M70 | 194 a | 32 | 14,57 b | 9,09 ab |
| M50 | 191 a | 40 | 15,08 a | 9,26 a |
| 2021 | ||||
| A100 | 166 a | 46 | 13,62 a | 8,19 a |
| A70 | 169 a | 44 | 13,74 a | 8,31 a |
| M70 | 170 a | 67 | 13,66 a | 8,51 a |
| M50 | 164 b | 64 | 14,64 a | 9,50 a |
Riduzione dell'uso di antiparassitari
A ciò si aggiunge una gestione a ridotto impatto per la difesa delle colture tramite l’utilizzo di un sistema statico di distribuzione dei prodotti fitosanitari sovrachioma.
Attraverso appositi sprinkler, che permettono la piena uniformità di distribuzione sulla canopy colturale nelle dosi ottimali, sono state limitate al massimo le perdite di prodotto, i passaggi delle macchine all’interno del frutteto, e sono diminuiti altresì i fenomeni di compattazione del terreno.
L’agricoltore potrà usare la stessa rete di sensori per gestire anche queste funzionalità relative alla difesa del frutteto, massimizzando il ritorno dell’investimento in Iot.
Valutazione economica delle tecnologie del frutteto S3O
La valutazione della convenienza dell'investimento nel frutteto smart è stata condotta prendendo come benchmark frutteti analoghi, ma condotti secondo tecniche tradizionali.
Tabella 3 - Investimenti iniziali e quote annue di ammortamento e manutenzione per le innovazioni considerate a confronto con gli investimenti per tecniche consuete (dati per ettaro)
| Innovazioni tecniche consuete | Investimento iniziale | Quota annua ammortamento |
| Rete Kit | 53.000 | 3.183 |
| Rete Antigrandine | 25.000 | 1.317 |
| Impianto Iot | 12.160 | 878 |
| Impianto a goccia | 8.550 | 698 |
| Difesa con pulsar | 10.830 | 722 |
| Trattore e atomizzatore | 6.100 | 435 |
| Rover (costo unitario) | 70.000 | 7.000 |
Nella gestione annua, a fronte di un investimento iniziale maggiore si ha:
- risparmio irrigazione 50% (oneri di adduzione acqua, energia e lavoro);
- risparmio interventi fitosanitari (costi per agrofarmaci, costi di distribuzione e lavoro);
- possibile premium price per maggiore calibro dei frutti;
- il rover ha più costi fissi, ma un minor impiego di manodopera ed energia.
La giustificazione del costo del rover è molto condizionato dall'intensità d'uso: intorno alle 230-250 h lavoro all'anno può essere equivalente a una classica trattrice. Oltre le 350 h sarà sempre più conveniente il rover.
